BÀI GIẢNG SỨC BÊN VẬT LIỆU (IUH)

SỨC BỀN VẬT LIỆU GV: Lê Văn Hưng ĐV: BM Xây dựng Lớp trưởng: Trần Đình Sáng Phone: 0974.897.591 Email: trandinhsang10e@gmail.com TÀI LIỆU [1] Đỗ Kiến Quốc, “Giáo trình Sức bền Vật liệu”, Nxb ĐHQG TPHCM, 2010 [2] Phạm Ngọc Khánh, Vũ Văn Thành, “Bài tập Sức bền Vật liệu”, NXB Xây dựng, 2010  Mail download tài liệu: tailieucohoc2015@gmail.com Pass: tranngoctien  Chú ý: Cấm xóa file đổi Pass sau download xong tài liệu THỜI LƯỢNG Lý thuyết: 30 tiết Bài tập/tiểu luận: 15 tiết ĐÁNH GIÁ Nội dung: chương Những khái niệm Kéo (nén) tâm Đặc trưng hình học mặt cắt ngang Xoắn tròn Uốn phẳng thẳng Chuyển vị dầm chịu uốn Thanh chịu lực phức tạp Tải trọng động Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN Nội dung Khái niệm Các giả thiết NL Độc lập tác dụng lực Ngoại lực, nội lực, ứng suất Khái niệm 1.1 Mục đích: Là môn KH nghiên cứu phương pháp tính toán công trình mặt:    Tính toán độ bền: Bền lâu dài Tính toán độ cứng: Biến dạng < giá trị cho phép Tính toán ổn định: Đảm bảo hình dáng ban đầu Kinh tế Nhằm đạt điều kiện: Kỹ thuật 1.2 Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp lý thuyết thực nghiệm Quan sát thí nghiệm Đề giả thiết Sơ đồ thực Công cụ toán lý Sơ đồ tính toán Đưa phương pháp tính toán công trình Thực nghiệm kiểm tra lại Kiểm định công trình 1.3 Đối tượng nghiên cứu: loại 1.3.1 Về vật liệu: + CHLT: Vật rắn tuyệt đối + SBVL: VL thực = Vật rắn có biến dạng P P P a) P b) ∆ P ∆d ∆ dh ∆ dh >> ∆ d ∆ d > ∆ dh VL đàn hồi VL dẻo 1.3.2.Về vật thể: Dạng = mặt cắt + trục thanh: Thẳng, cong, gãy khúc – mặt cắt không đổi, mặt cắt thay đổi Thanh thẳng Thanh gãy khúc Thanh cong Xác định kích thước mặt cắt ngang  Giả thuyết ϕ0 ⇒ F theo P ≤ [σ ] ôđ = ϕ [σ ] n F  Từ F ⇒ λ theo công thức µL J λ= , imin = imin F  Từ λ tra bảng trị số ϕ0’ + Nếu ϕ0’ ≠ ϕ0 giả thuyết ban đầu tính lại từ đầu với : + Nếu ϕ0’ ≈ ϕ0 tiến hành kiểm tra theo điều kiện ổn định ϕ0 + ϕ0' ϕ1 = Ví dụ Kiểm tra điều kiện ổn định cột AB Cột thép CT3 có [σ]=16kN/cm2, mc ngang chữ I N030 Ví dụ Thép I30 : F=46,5cm2, Jy=Jmin=337cm4, iy=imin=2,29cm Thanh khớp đầu nên µ=1 µL 1x 400 λ= = = 148,5  Độ mảnh cột imin 2,69  Tra bảng nội suy đường thẳng ϕ=0,326  Lực nén cho phép cột [ N] = ϕF[ σ] n = 0,326.46,5.16 = 242kN  Lực nén cột tải trọng gây N < [ N] 80.4 + 40.10 + 20.10.5 N= = 215kN Ví dụ Cột có chiều dài 1,5m; đầu ngàm, đầu tự (µ=2) Lực nén 300kN Mặt cắt ngang có dạng hình vẽ Cột làm thép CT3 có [σ]n=16kN/cm2 Chọn kích thước a để cột không ổn định Ví dụ Bước 1: Giả thuyết chọn ϕ0=0,5 P 300 Ftính = = = 37,5cm ϕ0 [σ ] n 0,5 x16  Công thức 29 29 F = 5a , J = a , imin = a = 0,696a 12 60  Mặt cắt ngang cột cho a= F 37,5 = = 2,74cm, 5 imin = 0,696 x 2,74 = 190cm Ví dụ µL x 250 λ0 = = = 158 imin 1,9 Tra bảng ϕ0’=0,296 khác ϕ0=0,5, cần chọn lại Bước 2: Giả thuyết ϕ + ϕ 0' 0,5 + 0,296 ϕ1 = = = 0,398 2 Fcan P 300 = = = 47cm , ϕ1 [σ ] n 0,398 x16 a= F = 47 = 3,07cm x150 imin = 0,696 x3,07 = 2,14cm ⇒ λ1 = = 140 2,14 Tra bảng ϕ’1=0,36 khác ϕ1=0,398 (chọn lại lần 3) Bước 3: giả thuyết 0,398 + 0,360 ϕ2 = = 0,38 Fcân P 300 = = = 49,4cm ϕ3 [σ ] n 0,38 x16 a= F = 49,4 = 3,14cm Ví dụ µL x 250 imin = 0,696 x3,14 = 2,19cm ⇒ λ2 = = = 137 imin 2,19  Tra bảng ϕ‘2=0,372 ≈0,38=ϕ2  Ta chọn a=3,14cm kiểm tra lại điều kiện ổn định Ta có lực nén cho phép cột [ N] = ϕ[ σ] n F = 0,372x16x5x3,14 = 293kN  Lực tác dụng N=300kN > [N]=293kN không vượt 2% nên chấp nhận Ví dụ Một cột gỗ mặt cắt ngang chữ nhật 8x28cm2 chịu lực nén P liên kết đầu ngàm Định lực P để cột không ổn định, [σ]=10MN/m2 Ví dụ  bxh=8x28 có h 28 iX = = 12 12  bxh=28x8 có b iY = = 12 12  Độ mảnh mp µ y L 0,5 x300 12 λY = = = 65 iy có độ cứng bé nhất:  Độ mảnh mp µ x L x300 12 λX = = = 74,3 có độ cứng lớn ix 28 Ví dụ λx>λy nên cong mp có độ cứng bé, dùng λx để tính toán ổn định λx=74,3 nên ϕ=0,548 Lực nén cột [P]= ϕ[σ]F=0,548x10x8x28x10-4=0,123MN Hình dáng hợp lý mặt cắt chịu nén  Thanh chịu nén thỏa bền: cần mặt cắt ngang có F tối thiểu, hình dáng mặt cắt nói chung không quan trọng  Thanh chịu nén thỏa ổn định: cần ý đến hình dáng mặt cắt, thỏa điều kiện sau: + imin=imax hay Jmin=Jmax chống lại ổn định theo phương Mặt cắt hợp lý tròn đa giác + Các mômen quán tính trung tâm mặt cắt ngang lớn tốt, thường chọn mặt cắt rỗng Ví dụ Cột ghép thép chữ U số dài 2m, liên kết khớp hai đầu Vật liệu có [σ]=16kN/cm2 Xác định khỏang cách a cho mặt cắt hợp lý lực nén cho phép [P] Ví dụ  Đặc tính hình học mặt cắt Jx0x0=8,41cm4, Jy0y0=26,1cm4, F=6,9cm2;z0=1,36cm  Mômen quán tính trục J xx  a   = 8,41 + 6,9 + 1,36   2    J yy = 2.26,1 = 52,2cm  Điều kiện mặt cắt hợp lý J xx = J yy ⇒ a = 0,48cm Ví dụ  Định tải cho phép i x = i y = imin = J yy = 1,94 F µL 1.200 = = 103  Độ mảnh λ = imin 1,94  Tra bảng chọn ϕ = 0,576  Lực nén cột [ P] = ϕ[ σ] F = 0,576x16x 2x 6,9 = 127,18kN [...]... hồ áp lực N B Hình 2-10 σ Hình 2-9 ∆ σ E M C E C F D B A σđh σch σB σch σB O ε σt O Hình 2-12 ε 0,2% Hình 2-13 + Bảng 2.1 (T23), 2.2 (T27): Các đặc trưng cơ học của vật σ liệu ( giáo trình) + Nén: CT.3 σ σ σ σ + Dạng phá hỏng của vật liệu: σ σ A + Một số yếu tố ảnh hưởng tới ĐTCH D C k ch n ch B B đh C CT3 σB Hình 2-15 A đh Gang Hình 2-16 Hình 2-14 a) b) Hình 2-17 c) ε 2.5 Điều kiện bền và ƯS cho... ) Gối cố định ( khớp đôi ) M Dầm Y c) Ngàm Dầm Dầm X M d) Y Ngàm trượt Chương 2 KÉO NÉN ĐÚNG TÂM Nội dung 1 Định nghĩa và nội lực 2 Ứng suất 3 Biến dạng 4 Đặc trưng cơ học của vật liệu 5 Điều kiện bền và ứng suất cho phép 6 Bài toán siêu tĩnh 2.1 Định nghĩa và nội lực 1 Định nghĩa  Theo nội lực: trên mặt cắt ngang: Nz - Lực dọc  Theo ngoại lực: + Hợp lực của ngoại lực trùng z + Thanh 2 đầu nối khớp... tròn sát với biểu đồ 5) Đề dấu của biểu đồ trong dấu tròn 6) Kẻ các đường vuông góc với trục chuẩn  BTVN: Vẽ biểu đồ lực dọc, biểu đồ ứng suất và tính biến dạng dọc toàn phần trong các thanh sau Bài 3 m m Bài 1 Bài 2 2.2 Ứng suất 1 Ứng suất trên mặt cắt ngang 1) Quan sát thí nghiệm: Kẻ ĐT //z và vuông góc 2) Các giả thiết: GT mặt cắt phẳng,GT các thớ dọc mặt cắt 3) Tính ứng suất: τ = 0 σ z ≠ 0 ε z = δdz... ra< so với kích thước của vật 4) VL tuân theo định luật Hooke: biến dạng TL lực TD 2.2 Nguyên lý độc lập tác dụng của lực  Nguyên lý: Tác dụng của hệ lực = tổng tác dụng của các lực thành phần  Ý nghĩa: BT phức tạp = tổng các BT đơn giản P  Ví dụ: A C q B yc yC = y1 + y2 P A C B y1 q A C y2 B 3 Ngoại lực, nội lực, ứng suất 3.1 Ngoại lực Định nghĩa: Lực các vật ngoài TD vào Vật thể Phân loại: 1) Theo... 4.2.EF 8EF ∆2 = / 2 ∫ 0 A P = q / 4 / 2 q / 4 2 z N dz = 0 EF q2 q2 ∆ = ∆1 + ∆2 = + +0=+ >0 8EF 8EF ∆ > 0 EF B Thanh bị dãn, ∆ < 0 Thanh bị co q C / 2 + Nz − q / 4 2.4 Đặc trưng cơ học của vật liệu  Mẫu thí nghiệm P Fo + Mẫu thép, gang Pmax A  Hìnho 2-8 Pmax C M (mẫu) P Hình 2-11 + GĐ ĐH (OA): σ = Eε σ tl = Ptl / F0 Pmax Pch D O + GĐ Chảy: σc = Pc / F0 + GĐ củng cố: σB = PB / F0 Độ dãn tỷ... q  Lực tập trung: Truyền qua một điểm 3.2 Nội lực 1) Định nghĩa: Độ tăng của lực liên kết nguyên tử (phân tử) 2) Cách xác định: phương pháp mặt cắt Mặt phẳng cắt 3) Nội dung của phương pháp mặt cắt + Vật thể cân bằng - mặt cắt  2 phần + Bỏ 1 phần, giữ 1 phần để xét Tại mặt cắt thêm lực để cân bằng - nội lực – nội lực là lực phân bố, cường độ: ứng suất Hợp nội lực = véc tơ chính + mô men chính N,